En artillería , calibre [ nb 1] es el diámetro interno del cañón de un arma o, por extensión, una medida relativa de la longitud del cañón.
Los cañones estriados introducen ambigüedad en la medición del calibre. Un ánima estriada consta de ranuras y estrías alternadas. La distancia a lo largo del ánima de una ranura a otra es mayor que la distancia de una estría a otra. Los proyectiles disparados desde cañones estriados deben tener el diámetro completo de estría a estría para que el estriado los haga girar de manera efectiva, pero a veces se ha especificado el calibre como el diámetro de estría a estría antes de cortar las estrías. La profundidad de las estrías (y la consiguiente ambigüedad) aumenta en los calibres más grandes.
Los proyectiles de artillería de acero pueden tener una sección de barrena delantera mecanizada a un diámetro ligeramente más pequeño que la dimensión original de tierra a tierra del cañón y una banda impulsora de cobre algo más grande que el diámetro de ranura a ranura para sellar eficazmente el ánima a medida que se agranda por la erosión durante disparos prolongados.
Los cañones de la Armada de los Estados Unidos solían utilizar una profundidad de estrías de entre la mitad y el uno por ciento del calibre. La especificación del diámetro del cañón del proyectil era 0,015 pulgadas (0,38 mm) menor que el diámetro de tierra a tierra con una tolerancia de fabricación negativa, por lo que la distancia media era de aproximadamente 0,012 pulgadas (0,30 mm). El diámetro de la banda de impulsión era el diámetro de ranura a ranura más 0,02 pulgadas (0,51 mm). [1]
La longitud del cañón (especialmente para armas más grandes) a menudo se cita en múltiplos del calibre, usado, por ejemplo, en los fusiles navales estadounidenses de 3 pulgadas (76 mm) o más grandes. [2] La longitud efectiva del cañón (desde la recámara hasta la boca del cañón ) se divide por el diámetro del cañón para dar una cantidad adimensional . [2] : 81 Por ejemplo, los cañones principales de los acorazados de la clase Iowa pueden denominarse calibre 16"/50 . Tienen 16 pulgadas de diámetro y el cañón tiene 800 pulgadas de largo (16 × 50 = 800). Esto también se indica a veces usando el prefijo L/; así, por ejemplo, el cañón más común para el tanque Panzer V se describe como un "75 mm L/70", lo que significa un cañón con un orificio interno de 75 mm (3,0 pulgadas) y 5250 mm (17 pies 3 pulgadas) de largo.
La relación entre el diámetro interior y la longitud del cañón se denomina "calibre" en la artillería naval, [2] : 81, pero se denomina "longitud" en la artillería del ejército. Antes de la Segunda Guerra Mundial, la Armada de los EE. UU. utilizaba cañones de calibre 5"/51 (5" L/51) como cañones tierra-tierra y cañones de calibre 5"/25 (5" L/25) como cañones tierra-aire. Al final de la Segunda Guerra Mundial, el cañón de doble propósito de calibre 5 pulgadas/38 (5" L/38) era el armamento naval estándar contra objetivos de superficie y aéreos. Los tres tenían un diámetro de ánima de 5 pulgadas (no 5,51 o 5,25 o 5,38 como a menudo se malinterpreta).
Los fusiles navales, aunque construidos y fabricados de manera similar a la artillería terrestre, se construían siguiendo estándares mucho más estrictos y minuciosos que las armas terrestres, y por una buena razón. En el mar, un arma tenía que funcionar sin fallar. No había un reemplazo inmediato ni uno que pudiera suministrarse con facilidad. Con el tiempo, los términos libra (peso del proyectil ) y diámetro (el diámetro real del arma) se volvieron confusos y difusos. Finalmente, cuando existió la tecnología, el diámetro (en pulgadas o milímetros) pasó a ser la medida estándar. [3] [4] [5] [6]
En el caso de los fusiles navales, el cambio inicial fue el del calibre real, lo que facilitó la fabricación de proyectiles estándar. Luego comenzaron a medir la longitud efectiva (y, por lo tanto, el alcance) del arma en calibres. Estos son una medida de la longitud estandarizada del cañón en comparación con el calibre estriado del cañón. En otras palabras, un 12/45 es 12" × 45 = la longitud del calibre estriado de ese arma en pulgadas. Esto explica las diferencias tanto en la penetración como en el rendimiento de largo alcance de varios fusiles navales a lo largo de los años. [3] [4] [5] [6]
Además de las posibles mejoras en el rendimiento general (es decir, la velocidad inicial y la fuerza de impacto), el aumento de la longitud del cañón también permitió, en algunas circunstancias, un aumento del tamaño del proyectil. Por ejemplo, el 14/45 estadounidense, tal como se introdujo en los acorazados de la clase Nueva York , disparaba un proyectil de 570 kg (1250 lb). Las mejoras posteriores al diseño, que alargaron el propio fusil y también modificaron la recámara, permitieron un proyectil de 640 kg (1400 lb) y, en general, una mayor vida útil del cañón. Nuevamente vemos este patrón con los cañones estadounidenses de 16". El diseño inicial tenía una longitud de 45 calibres y disparaba un proyectil de 1000 kg (2200 lb). El rediseño posterior al calibre 50 no solo permitió una mayor velocidad sino también un proyectil más pesado de 1200 kg (2700 lb), que finalmente llegó a ser aceptado como el mayor proyectil naval jamás desplegado en combate. [3] [4] [5] [6]
Los primeros cañones de las armas eran cortos y gruesos, normalmente de no más de 26 calibres, ya que el propulsor de pólvora que utilizaban se quemaba muy rápido y violentamente, y por lo tanto su tiempo de aceleración era corto. Las formulaciones de pólvora de combustión más lenta " polvo marrón " permitieron que la longitud del cañón de las armas aumentara ligeramente en la década de 1880, pero se necesitaban enormes cantidades de pólvora marrón. Los nuevos propulsores de " pólvora sin humo " de combustión más lenta disponibles a partir de mediados de la década de 1880, como Poudre B , cordita y nitrocelulosa, permitieron una aceleración más suave y prolongada, por lo que los cañones de las armas se hicieron progresivamente más largos y delgados. Las nuevas formulaciones eran propulsores mucho más potentes que la pólvora y se necesitaba mucho menos por peso, ya que se transformaban casi por completo en gases cuando se quemaban. La velocidad inicial quedó limitada solo por la longitud del cañón que era factible, tanto en términos de los métodos de construcción de la época como en términos de cualquier restricción práctica impuesta por la forma de uso del arma.
El efecto práctico de los cañones largos en las armas modernas es que el proyectil pasa más tiempo en el cañón antes de salir y, por lo tanto, hay más tiempo disponible para que el gas en expansión proveniente de la combustión controlada de la carga propulsora acelere suavemente el proyectil, lo que genera una mayor velocidad sin ejercer una tensión indebida sobre el arma. En términos de balística interna , si se considera la base de un proyectil como un pistón propulsado por el gas en expansión, entonces, a medida que aumenta la longitud del cañón, también aumenta el volumen barrido por el pistón y, por lo tanto, aumenta la cantidad de energía que se puede extraer de la combustión del gas. Un cañón más largo permite utilizar más propulsor: todo el propulsor se quema bastante pronto en el recorrido del proyectil a lo largo del cañón, excepto en el caso muy común en el que la combustión todavía está ocurriendo cuando el proyectil sale de la boca del cañón y se produce un "destello" visible en la boca del cañón.
El proyectil continúa acelerándose mientras la presión detrás de él sea suficiente para superar la fricción del ánima. El exceso de energía seguirá acelerando el proyectil hasta que salga de la boca del cañón. Si la presión detrás del proyectil cae lo suficiente antes de que el proyectil salga del ánima, el proyectil puede y de hecho disminuirá su velocidad mientras aún se encuentre dentro del cañón, a pesar de la presión residual en el ánima detrás del proyectil. Una carga ligera con presión insuficiente para expulsar el proyectil dará como resultado un "squib", o proyectil alojado en el ánima. [7] Esta presión se reduce por el aumento del volumen del cañón que el gas tiene que llenar.
Para lograr la máxima velocidad inicial con el cañón más corto, el proyectil debe salir del cañón cuando la presión del gas se reduce a una pequeña fracción del máximo, aunque a diferencia de la presión máxima en la recámara, la pequeña fracción deseada es imposible de medir. En las armas modernas, se pueden producir mayores velocidades iniciales modificando la composición de la pólvora y/o utilizando cargas dúplex que contengan dos pólvoras diferentes para extender la "curva de presión" más abajo en el cañón. Al exponer la base del proyectil a una presión dada durante un período de tiempo más largo, se puede aumentar la velocidad sin elevar el nivel de presión generado.
Las mejoras tecnológicas habían hecho posible la introducción en el mercado de cañones largos que son lo suficientemente fuertes como para soportar las fuerzas que se requieren para acelerar el proyectil a una alta velocidad, a la vez que siguen siendo lo suficientemente ligeros como para ser razonablemente móviles, lo suficientemente rígidos como para mantener la precisión y tienen un ánima capaz de soportar muchos disparos antes de necesitar una renovación. En la Primera Guerra Mundial, los cañones navales de calibre 45 eran típicos; en la Segunda Guerra Mundial, los cañones de calibre 50 a 55 eran comunes; en 1943, Alemania ya fabricaba cañones para tanques de calibre 70.
En la actualidad, los cañones de calibre 60 a 70 no son raros, pero la última tecnología ha permitido que cañones más cortos de calibre 55 alcancen velocidades iniciales de 1750 m/s (5700 pies/s), como en el caso del cañón de tanque Rheinmetall de 120 mm . Sin embargo, al utilizar sabots descartables , muchos de estos cañones disparan proyectiles que son mucho más pequeños que el calibre del cañón, por lo que la relación entre el tamaño del proyectil y la longitud del cañón no es tan sencilla como con los artefactos más antiguos.